31.2 C
Yogyakarta
17 Oktober 2021
BENTARA HIKMAH
SAINS

Membran Terkontrol Dapat Mengeluarkan Karbon Dioksida dari Saluran Pembuangan

Sebuah sistem baru yang dikembangkan oleh para chemical engineers dari MIT dapat memberkan suatu cara untuk terus menghilangkan karbon dioksida dari aliran gas buangan, dan bahkan dari udara. Elemen kuncinya ada pada membran yang dibantu secara electrochemical dimana kemampuannya untuk membuka tutup terhadap gas dapat dinyalakan dan dimatikan kapan saja, dan tanpa membutuhkan bagian yang digerakkan serta menggunakan energi yang relatif kecil.

Membran-membran itu sendiri, dibuat dari anodized aluminum oxide, memiliki struktur seperti sarang lebah yang terbentuk dari bukaan yang berbentuk hexagonal yang memungkinkan molekul gas untuk mengalir keluar dan masuk pada saat dibuka. Akan tetapi, saluran gas tersebut dapat dihalangi ketika sebuah lapisan tipis logam dilapisi secara elektrik untuk menutupi pori-pori dari membran tersebut. Temuan dan studi ini terdapat pada jurnal Science Advances, dalam makalah yang ditulis oleh Profesor T. Alan Hatton, postdoc Yayuan Liu, dan empat penulis lainnya.

Mekanisme “gas gating” atau gerbang gas ini dapat digunakan dalam berbagai macam sistem pembuangan industri untuk menghilangkan karbon dioksida dari saluran tersebut serta udara disekitarnya. Para peneliti telah membuat suatu alat yang dapat menunjukkan proses tersebut berlangsung.

Alat tersebut menggunakan material redox-active carbon-absorbing, yang dijepit di antara dua membran gas gating yang switchable. Sorbent tersebut dan membran gerbang saling berdekatan satu sama lain dan direndam dalam elektrolit organik untuk menyediakan media bagi ion-ion zinc (seng) untuk bergerak maju dan mundur. Dua membran gerbang ini dapat terbuka dan tertutup secara elektrik dengan mengubah polaritas tegangan diantara keduanya, yang menyebabkan ion-ion dari zinc untuk berpindah dari satu sisi ke sisi lainnya. Ion-ion ini secara bersamaan memblokir satu sisi, dengan membentuk suatu film (lapisan) logam diatasnya, sambil juga membuka sisi lainnya dengan melarutkan filmnya.

Saat lapisan sorbent terbuka pada sisi dimana gas buangan mengalir, materi tersebut telah siap untuk menyerap karbon dioksida hingga mencapi kapasitasnya. Tegangannya kemudian dapat diubah untuk memblokir bagian yang menyerap dan membuka bagian lainnya, dimana aliran terkonsentrasi karbon dioksida yang hampir murni dilepaskan.

Dengan membuat sebuah sistem dimana bagian-bagian dari membran yang bergantian beroperasi dalam fase berlawanan, sistem tersebut dapat memungkinkan untuk operasi berkelanjutan dalam pengaturan seperti scrubber industri. Setiap saat, setengah dari bagian tersebut akan menyerap gas sementara setengah lainnya akan melepas gas tersebut.

Hatton mengatakan bahwa artinya akan terdapat satu bagian yang “memakan” dan bagian lainnya mengeluarkan dalam operasi yang seakan tidak berhenti. Pendekatan ini dapat mengurangi permasalahan terlalu banyaknya proses, hal yang terjadi pada sistem multicolumn tradisional, yang dimana bagian penyerapnya perlu diberhentikan, dibersihkan, dan diperbarui sebelum kembali digunakan untuk menyerap gas. Dalam sistem terbaru ini, bagian permbersihan tidaklah diperlukan dan semua langkah-langkah dilakukan secara bersih di dalam unit itu sendiri.

Inovasi utama dari para peneliti adalah menggunakan pelapisan listrik sebagai cara untuk membuka dan menutup pori-pori pada suatu bahan. Dalam masa studi dan percobaan, para peneliti telah mencoba berbagai pendekatan lain untuk menutup pori-pori dalam bahan membran secara reversibel, seperti menggunakan bola magnet kecil yang dapat diposisikan untuk memblokir bukaan yang berbentuk corong, akan tetapi metode lain tersebut tidak cukup efisien untuk diterapkan. Film tipis logam dapat sangat efektif untuk digunakan sebagai penahan gas, dan lapisan sangat tipis yang digunakan dalam sistem terbaru tersebut membutuhkan material zinc dalam jumlah kecil, dimana materil ini melimpah dan tidaklah mahal.

Liu mengatakan bahwa mekanisme tersebut membuat lapisan pelapis yang seragam dengan jumlah bahan yang minimum. Salah satu keuntungan signifikan dari metode pelapisan listrik adalah bahwa setelah kondisi diubah, baik dalam posisi terbuka maupun tertutup, tidak diperlukan input energi untuk menjaga dan mempertahankan keadaan tersebut. Energi hanya dibutuhkan ketika akan mengubah kondisinya lagi.

Terdapat potensi bahwa sistem tersebut dapat memberikan kontribusi penting untuk membatasi emisi gas rumah kaca ke atmosfer, dan bahkan dapat menangkap karbon dioksida di udara yang sebelumnya telah dikeluarkan.

Meski fokus awal dari para peneliti adalah pada tantangan untuk memisahkan karbon dioksida dari aliran gas, Hatton mengatakan bahwa sistem tersebut sebenarnya dapat diadaptasi untuk berbagai macam pemisahan kimia dan proses pemurnian.

Hatton juga mengatakan bahwa dirinya dan peneliti lainnya sangat senang dan antusias dengan mekanisme gerbang ini. Dirinya berpikir bahwa mekanisme ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, dalam konfigurasi yang berbeda. Sebagain contoh mungkin di perangkat mikrofluida, atau mungkin dapat digunakan untuk mengontrol komposisi gas untuk reaksi kimia dan masih banyak lagi kemungkinan aplikasi dari mekanisme ini.

Sumber:
Disadur dari situs sciencedaily. Materi berasal dari Massachusetts Institute of Technology. Naskah pertama kali ditulis oleh David L. Chandler. Naskah telah mengalami penyesuaian gaya dan panjang.

Related posts

BENTARA HIKMAH
MEDIA MENCERDASKAN KEHIDUPAN BANGSA